CN204404244U - 一种燃气轮机火焰筒与过渡段的连接与冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及燃气轮机技术领域，公开了一种燃气轮机火焰筒与过渡段的连接与冷却装置，其包括火焰筒下游端部、环形套管、环形密封件和过渡段上游端部，所述火焰筒下游端部的外表面设有若干按规律排布的凸起，所述环形套管套设在所述火焰筒下游端部上，两者之间形成冷却气体流通的中间夹层，所述环形套管上设有多个通气孔，所述环形套管与所述过渡段上游端部之间通过所述环形密封件密封连接。本实用新型能够提高火焰筒与过渡段的冷却性能，且连接可靠，易于加工。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种燃气轮机火焰筒与过渡段的连接与冷却装置。
背景技术
地面燃气轮机系统的燃烧室一般包含头部燃烧器组件、火焰筒和过渡段等主体结构。燃料和压缩空气经由燃烧室头部燃烧组件的喷射和掺混，在火焰筒内发生化学反应，将化学能转化成内能，生成热燃气。
火焰筒的作用主要是为燃料和压缩空气的化学反应提供充足的反应空间，过渡段则主要作为导流衬里，起到组织流场作用，将热燃气引导到透平，以完成膨胀做工过程。现代燃气轮机的燃烧室火焰温度不断提高，最高温度可达2000摄氏度以上，局部壁面热流体温度可达1400摄氏度，火焰筒和过渡段的热负荷不断增加，对冷却技术的要求也不断提高。
对燃烧室而言，空气流量的分配和管理是重要的。为了防止气缸中的压缩空气从火焰筒与过渡段的连接处流入热流体通道，该连接处需考虑密封问题，典型的密封结构包括呼啦密封、织物密封等，密封件通常工作在较大温度梯度和压力梯度下。另一方面，密封件的使用导致火焰筒末端热量不易散发，造成局部壁面超温，进一步影响到火焰筒和密封件两者的使用寿命。为了改善此种状况，已知的现有技术包括：对密封件的调整，如加工出气流通路，以降低温度；在火焰筒上加工出槽缝，进而形成通道冷却。前者不易控制冷却气量且对火焰筒冷却的改善效果欠佳，后者具有的冷却性能潜力受限于结构特性，且周向和轴向的冷却均匀性一般。对火焰筒与过渡段而言，需要提供一种能够实现高效冷却并且结构可靠，便于加工的连接结构。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
本实用新型要解决的技术问题是如何大幅提高火焰筒与过渡段的冷却性能。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种燃气轮机火焰筒与过渡段的连接与冷却装置，其包括火焰筒下游端部、环形套管、环形密封件和过渡段上游端部，所述火焰筒下游端部的外表面设有若干按规律排布的凸起，所述环形套管套设在所述火焰筒下游端部上，两者之间形成冷却气体流通的中间夹层，所述环形套管上设有多个通气孔，所述环形套管与所述过渡段上游端部之间通过所述环形密封件密封连接。
其中，所述环形密封件包括定位密封环和设于所述定位密封环上的多个弹性密封条，所述弹性密封条沿所述定位密封环的周向均布设置，所述弹性密封条呈圆弧形，且圆弧隆起方向为所述定位沿密封环径向。
进一步地，所述定位密封环固定套设在所述环形套管上，所述过渡段上游端部卡压在所述弹性密封条外围。
其中，所述凸起的横截面呈菱形，其中的一条对角线与所述火焰筒下游端部的轴线平行，且该对角线通过的菱形夹角为锐角。
其中，所述凸起的横截面呈平行四边形，所述平行四边形的一条边与所述火焰筒下游端部的轴线垂直或平行。
其中，所述凸起的横截面呈矩形，所述矩形的一条边与所述火焰筒下游端部的轴线平行。
其中，所述凸起交错排布在所述火焰筒下游端部的外表面，且所述凸起的排布数量沿所述火焰筒下游端部的排布数量为下游多于上游。
(三)有益效果
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
本实用新型提供的一种燃气轮机火焰筒与过渡段的连接与冷却装置，采用在所述火焰筒下游端部的外表面设有若干按规律排布的凸起，所述环形套管套设在所述火焰筒下游端部上，两者之间形成冷却气体流通的中间夹层，所述环形套管上设有多个通气孔，二者为冷却气体的流入提供流通通道；设置的所述凸起能够强化换热，进而能够有效降低火焰筒和过渡段的温度，冷却效果好；所述环形套管与所述过渡段上游端部之间通过所述环形密封件密封连接，连接方便，而且连接可靠性高。
附图说明
图1为本实用新型一种燃气轮机火焰筒与过渡段的连接与冷却装置的整体结构剖视图；
图2为图1的立体分解图；
图3为本实用新型典型实施例的装配示意图以及连接部分的局部剖视图；
图4为从图3的局部剖视图中截取和放大的示意图；
图5为本实用新型所述弹性密封环的三维结构示意图；
图6为本实用新型所描述的另一个实施例的局部示意图；
图7为本实用新型所描述的又一个实施例的局部示意图。
图中：11：凸起；12：火焰筒下游端部；13：环形套管；14：环形密封件；15：中间夹层；16：火焰筒；17：过渡段上游端部；18：通气孔；19：定位密封环；20：弹性密封条；L1：菱形的一条对角线；L2：火焰筒下游端部的轴线；α：菱形夹角。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。
如图1-3所示，为本实用新型提供的一种燃气轮机火焰筒与过渡段的连接与冷却装置，其包括火焰筒下游端部12、环形套管13、环形密封件14和过渡段上游端部17，所述火焰筒下游端部12的外表面设有若干按规律排布的凸起11，所述环形套管13套设在所述火焰筒下游端部12上，具体地，所述环形套管13采用焊接或其他轴向定位方式与所述火焰筒下游端部12组合在一起，两者之间形成冷却气体流通的中间夹层15，从而便于冷却气体流通，实现热交换，进而提高燃气轮机的火焰筒与过渡段的冷却性能，同时便于控制和调整冷却空气量；而且设置的若干凸起11扩展了所述中间夹层15的换热面积，便于充分利用所述中间夹层15处的内外压差，使得采用较少的冷气消耗便能达到更优的冷却效果，具有较大的冷却潜力，且易于加工；所述环形套管13上设有多个通气孔18，用于将冷却气流引入所述中间夹层15；所述环形套管13与所述过渡段上游端部17之间通过所述环形密封件14实现密封连接。
优选地，所述火焰筒下游端部12的直径小于火焰筒16上游部分直径。
具体地，如图5所示，所述环形密封件14包括定位密封环19和设于所述定位密封环19上的多个弹性密封条20，所述弹性密封条20沿所述定位密封环19的周向均布设置，所述弹性密封条20优选呈圆弧形，且圆弧隆起方向为沿所述定位密封环19径向，便于安装。通常在安装时，所述定位密封环19固定套设在所述环形套管13上，所述过渡段上游端部17卡压在所述弹性密封条20外围，利用所述弹性密封条20的弹性变形将所述过渡段上游端部17卡紧；以实现所述火焰筒与过渡段的密封连接，而且连接可靠性高，装拆方便；在有些情况下，为了改善火焰筒下游端部12的冷却，也可以将环形密封件14的定位密封环19套设在所述过渡段上游端部17内侧，进而所述弹性密封条20卡压在所述环形套管13外。
如图4所示，优选地，所述凸起11的横截面呈菱形，为了使得冷却气流具有更好的流通方向，菱形的一条对角线L1与所述火焰筒下游端部的轴线L2平行，且该对角线通过的菱形夹角α为锐角。
所述凸起11还可以有其他设置形式，例如所述凸起11的横截面也可以呈平行四边形，如图6所示，所述平行四边形的一条边与所述火焰筒下游端部12的轴线垂直或平行，如图中箭头所示的方向；所述平行四边形的夹角可以根据火焰筒内壁面热流体流动情况进行调整，以优化冷却效果。如图7所示，所述凸起11的横截面也可以呈矩形，所述矩形的一条边与所述火焰筒下游端部12的轴线平行，如图中箭头所指的方向。
对于火焰筒下游端部12而言，环形密封件14的使用往往造成下游的受热状况较上游更为恶劣，因此，优选地，所述凸起11交错排布在所述火焰筒下游端部12的外表面，且所述凸起11的排布数量沿所述火焰筒下游端部12的排布数量为下游多于上游，以便于在所述下游形成比上游更强的换热，从而带走更多的热量，以改善下游的受热情况。
本实用新型的工作过程或工作原理为：冷却气流从环形套管13上的通气孔18通入所述中间夹层15，冷却气流在所述中间夹层15中被按一定规律排布的若干凸起11分散为多股气流，从而进行强化换热，使得火焰筒下游端部12的温度大幅降低，而且使得火焰筒下游端部12在周向和径向的温度均匀，进而优化环形密封件14的工况，对其形成热防护。
由以上实施例可以看出，本实用新型能够有效冷却燃气轮机火焰筒和过渡段的连接处，而且连接方便、可靠。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种燃气轮机火焰筒与过渡段的连接与冷却装置，其特征在于，包括火焰筒下游端部、环形套管、环形密封件和过渡段上游端部，所述火焰筒下游端部的外表面设有若干按规律排布的凸起，所述环形套管套设在所述火焰筒下游端部上，两者之间形成冷却气体流通的中间夹层，所述环形套管上设有多个通气孔，所述环形套管与所述过渡段上游端部之间通过所述环形密封件密封连接。
2.如权利要求1所述的燃气轮机火焰筒与过渡段的连接与冷却装置，其特征在于，所述环形密封件包括定位密封环和设于所述定位密封环上的多个弹性密封条，所述弹性密封条沿所述定位密封环的周向均布设置，所述弹性密封条呈圆弧形，且圆弧隆起方向为所述定位沿密封环径向。
3.如权利要求2所述的燃气轮机火焰筒与过渡段的连接与冷却装置，其特征在于，所述定位密封环固定套设在所述环形套管上，所述过渡段上游端部卡压在所述弹性密封条外围。
4.如权利要求1所述的燃气轮机火焰筒与过渡段的连接与冷却装置，其特征在于，所述凸起的横截面呈菱形，其中的一条对角线与所述火焰筒下游端部的轴线平行，且该对角线通过的菱形夹角为锐角。
5.如权利要求1所述的燃气轮机火焰筒与过渡段的连接与冷却装置，其特征在于，所述凸起的横截面呈平行四边形，所述平行四边形的一条边与所述火焰筒下游端部的轴线垂直或平行。
6.如权利要求1所述的燃气轮机火焰筒与过渡段的连接与冷却装置，其特征在于，所述凸起的横截面呈矩形，所述矩形的一条边与所述火焰筒下游端部的轴线平行。
7.如权利要求1所述的燃气轮机火焰筒与过渡段的连接与冷却装置，其特征在于，所述凸起交错排布在所述火焰筒下游端部的外表面，且所述凸起的排布数量沿所述火焰筒下游端部的排布数量为下游多于上游。
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|---|---|---|---|---|
| CN107013338A (zh) * | 2015-12-22 | 2017-08-04 | 通用电气公司 | 燃气涡轮机的燃烧系统中的分级燃料和空气喷射 |
| CN107035532A (zh) * | 2015-12-22 | 2017-08-11 | 通用电气公司 | 燃气涡轮机的燃烧系统中的分级燃料和空气喷射 |
| CN112484077A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-12 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种火焰筒头部的高效冷却结构 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: Connecting and cooling device for flame tube and transition section of gas turbine Effective date of registration: 20161104 Granted publication date: 20150617 Pledgee: Tsinghua Holdings Co., Ltd. Pledgor: Beijing Huatsing Gas Turbine & IGCC Technology Co., Ltd. Registration number: 2016990000853 |
|
| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20191211 Granted publication date: 20150617 Pledgee: Tsinghua Holdings Co., Ltd. Pledgor: Beijing Huatsing Gas Turbine & IGCC Technology Co., Ltd. Registration number: 2016990000853 |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20191225 Address after: 102209 Beijing Changping District in the future of the national electric investment group Park in the future science city south of Beijing Patentee after: China United heavy-duty gas turbine technology Co., Ltd. Address before: 100084, Beijing, Haidian District science and Technology Park, Tsinghua Science and technology building, block C, 10 Patentee before: Beijing Huatsing Gas Turbine & IGCC Technology Co., Ltd. |